Регистрация / Вход
Прислать материал

14.628.21.0005

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.628.21.0005
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е.Жуковского"
Название доклада
Разработка вычислительной методологии расчета Турбулентных течений на основе метода «крупных вихрей (LES)», реализованной при помощи численной схемы высокого порядка точности Галеркина с разрывными функциями, и ее тестирование на Индустриальном суперкомпьютере применительно к решению задач воздействия вихревого следа Летательного Дозвукового Аппарата на экологию
Докладчик
Волков Андрей Викторович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования заключается в разработке принципиально новой суперкомпьютерной методологии, использующей преимущества методов высокого порядка точности, для многократного увеличения скорости расчета и в применении этой методологии к решению задач моделирования крупномасштабной турбулентности (LES) в интересах авиационной промышленности. Для выполнения поставленной цели решаются следующие задачи: разработка компьютерной программы, ее верификация и практическое применение. Верификация осуществляется путем сопоставления результатов, полученных в различных мировых компаниях, таких как DLR, ONERA, UCL, NUMECA.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность предлагаемого проекта определяется необходимостью вывести вопросы моделирования вихревого следа летательного аппарата на новый технологический уровень с использованием суперкомпьютерных технологий.
Научная новизна заключается в разработке принципиально новых методов моделирования турбулентности на основе схем высокого порядка точности. Получаемые результаты не имеют аналогов в мировой литературе.
Описание исследования

Метод исследования базируется на применении программного кода, разработанного ЦАГИ в рамках метода Галеркина с разрывными базисными функциями высокого порядка точности. В основе метода лежит использование реконструкции потоковых членов, которая выполняется с применением консервативных переменных. Вследствие этого упрощена формулировка метода и получена компактная запись для нестационарных потоков. Градиенты параметров для вычисления диффузионных потоков рассчитываются с применением метода Bassi-Rebay-2. При реализации схемы обеспечено точное интегрирование по объемам и поверхностям ячеек сетки. Разработанная программа предназначена для суперкомпьютера с числом ядер вплоть до 100 тысяч. К настоящему времени проведено моделирование вихря Тэйлора-Грина, которое показало, что полученные результаты превосходят по точности имеющиеся зарубежные аналоги. Начаты работы по моделированию обтекания периодических холмов. Построена предварительная модель вихревого следа за самолетом, позволившая изучить нелинейные эффекты, которые возникают после касания вихрей в следе. Подготовлены и выполнены экспериментальные исследования, которые дали валидационные данные для оценки точности расчета турбулентных струй двухконтурных сопл гражданских самолетов.

Результаты исследования

– Реализованный в виде программного однонитевого кода метод Галеркина четвертого порядка точности с разрывными базисными функциями оказался эффективнее в 2 раза, чем аналогичный код, разработанный в рамках проекта IDIHOM, признанного наилучшим инновационным проектом Европейского Союза в 2014 году.

– Разработанная программа для компьютера с разделяемой памятью оказалась в 1.2 раза более эффективной, чем аналогичная программа, разработанная иностранным партнером.

– Предварительные расчеты показали, что для расчета вихря Тэйлора-Грина необходимо применять схемы повышенного порядка точности.

- Сделан первый шаг к решению задачи разрушения вихревого следа за самолетом в турбулентной атмосфере.

Практическая значимость исследования
Практическая значимость исследования состоит в том, что решается важная задача, которая позволит повысить безопасность полетов в окрестности региональных аэропортов.

Рекомендации по внедрению: разработанная программа готова к тестированию совместно с иностранным партнером

Область применения: суперкомпьютерные расчеты нестационарных вихревых течений.

В дальнейшем предстоит переход к выполнению промышленно важных расчетов по оценке воздействия вихревой пелены на экологическую обстановку и безопасность полетов в окрестности региональных аэропортов.